TW201537584A - 導電性粒子、導電性接著劑、接合體之製造方法、電子零件之連接方法、及接合體 - Google Patents

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Abstract

一種導電性粒子，其具備芯粒子10、被覆芯粒子10的第二金屬層12、配置於第二金屬層12的微粒子13、及同時被覆第二金屬層12與微粒子13的被覆第一金屬層11。

Description

導電性粒子、導電性接著劑、接合體之製造方法、電子零件之 連接方法、及接合體
本發明係關於一種導電性粒子，其係使用於將2個導體間作電氣、機械連接的導電性接著劑；及關於使用此導電性粒子的導電性接著劑、經由加壓電子零件並藉由此導電性接著劑使該電子零件與電路基板連接的接合體之製造方法、電子零件之連接方法及藉由此方法所製造的接合體。
歷來，作為PC顯示器、智慧型手機、攜帶型遊戲機、數位聲訊播放機、平板裝置(tablet-type device)、穿戴式裝置(wearable device)、或者車載用顯示器等之各種顯示輸入手段，已使用具備液晶顯示裝置或有機電致發光(OEL,Organic Electro-Luminescence)面板等之顯示裝置、及藉由對該顯示裝置施加壓力而感知畫面位置之資訊而呈資訊信號輸出之輸入裝置的觸控面板。近年來，於如此觸控面板裝置，由細節距(fine pitch)化、輕量薄型化等之觀點，已採用使用各向異性導電薄膜(ACF：Anisotropic Conductive Film)，而將IC晶片或撓性基板等之電子零件與有透明電極形成的玻璃基板連接的工法。
各向異性導電薄膜因於黏合劑樹脂(接著劑)中混入導電性粒子而作成薄膜狀的緣故，於2個導體間經由被加熱壓著，藉由導電性粒子而導體間被電氣導通，藉由黏合劑樹脂而導體間之機械的連接被保持。就構成各向異性導電薄膜的接著劑而言，通常，使用信賴性高的熱硬化性之黏合劑樹脂， 但可為光硬化性之黏合劑樹脂或光熱併用型之黏合劑樹脂。
使用各向異性導電薄膜而將IC晶片與玻璃基板連接的情形，首先，藉由暫時壓著手段而於低溫低壓下經由加熱加壓，將各向異性導電薄膜暫時貼附於玻璃基板之電極上。接著，經由各向異性導電薄膜，於玻璃基板上搭載IC晶片而形成暫時接合體。暫時接合體被載置於接合裝置之台上後，藉由熱壓頭等之熱壓著手段而IC晶片與各向異性導電薄膜一起被加熱加壓向玻璃基板側。藉由此熱壓頭所致的加熱，各向異性導電薄膜之黏合劑樹脂產生熱硬化反應，據此形成IC晶片被接合於玻璃基板上的接合體。
又，於行動用途之電子機器，冀求以消費電力減少為目的之進一步低電阻化，由導電性優異的金屬材料所構成的電路電極已被使用。然而，此種金屬材料亦有表面容易有氧化膜形成的缺點。
因此，已提議使用具有高硬度的金屬微粉末作為導電性粒子者、或使用以金屬薄膜被覆表面的塑膠微粒子者。
又，已提議將鈀層被覆芯粒子而於鈀層表面配置絕緣性粒子者作為導電性粒子(例如，參照專利文獻1)、或藉由於芯粒子之表面設置比較高硬度的金屬微粒子的鍍金屬鍍而被覆者(例如，參照專利文獻2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]特開2009-212077號公報
[專利文獻2]特開2011-231326號公報
[發明概要]
使用具有高硬度的金屬微粉末作為導電性粒子的情形，即使已於電路電極之表面上有氧化膜形成，亦可突破此氧化膜而將電路電極彼此連接。然而，金屬微粉末一般而言粒度分布廣泛，於被細節距化的電極間，恐有發生短路的情形。又，接合體形成後，伴隨著溫度或濕度環境的變化，黏合劑樹脂或間隔黏合劑樹脂而連接的電路基板及IC晶片產生膨脹或收縮，電極間距離一旦變動，金屬微粉末無法充分跟隨，恐有連接電阻上升之虞。
又，使用以金屬薄膜被覆表面的塑膠微粒子作為導電性粒子的情形，粒度分布亦狹窄且可對應細節距化，又，伴隨溫度變動等的電極間距離之變動，亦可充分跟隨。然而，塑膠微粒子一般而言，與金屬微粉末比較下硬度為低的，於電路電極之表面有氧化膜形成的情形，無法充分突破此氧化膜，連接部分之電阻值變高。又，例如，於用於智慧型手機等之各種液晶顯示面板的驅動用IC等之IC晶片，隨著高畫素化進展，對應各畫素的輸出信號亦增加，輸出凸塊亦有增加的傾向，藉由塑膠微粒子，一旦欲賦予突破於電路電極之表面所形成的氧化膜的程度之加壓力時，超過歷來之熱壓著裝置之壓力上限的加壓力則成為必要的。
再者，使用上述專利文獻1或專利文獻2記載之導電性粒子的情形，由所謂於連接初期、耐久試驗後之導通性、絕緣性、及腐蝕性全部之項目中呈現良好結果的觀點，難謂係令人滿意的，有改良的餘地。
尤其，使用於上述專利文獻2記載之芯粒子表面上設置比較高硬度的金屬微粒子的鍍金屬而被覆作為導電性粒子的情形，此種導電性粒子依金屬微粒子的大小，金屬微粒子於起點有產生電鍍龜裂，於連接初期或環境試驗後，連接電阻值恐有上升之虞。
本發明係鑑於如此實情，以提供導電性粒子、導電性接著劑、接合體之製造方法、電子零件之連接方法、及接合體為目的，該導電性粒子係 即使應連接的電極係由表面容易形成氧化膜的金屬材料所構成者，亦可充分降低連接構造之電阻值，且可確保良好的導通性，另一方面絕緣性亦為優異，又耐腐蝕性亦優異。
為了解決上述課題，本發明之導電性粒子係具備：芯粒子；被覆上述芯粒子的第二金屬層；配置於上述第二金屬層的微粒子；以及同時被覆上述第二金屬層及上述微粒子的第一金屬層。
又，本發明之導電性接著劑係於黏合劑樹脂中含有導電性粒子的導電性接著劑，上述導電性粒子係具備：芯粒子；被覆上述芯粒子的第二金屬層；配置於上述第二金屬層的微粒子；以及同時被覆上述第二金屬層及上述微粒子的第一金屬層。
又，本發明之接合體之製造方法係具有下列步驟：於電路基板上，藉由具有含導電性粒子的黏合劑樹脂的導電性接著劑而搭載電子零件，由上述電子零件之上方藉由熱壓著工具而加熱加壓，於上述電路基板及上述電子零件之各電極間有上述導電性粒子被挾持的狀態下，使上述黏合劑樹脂硬化的步驟；且上述導電性粒子係具備：芯粒子；被覆上述芯粒子的第二金屬層；配置於上述第二金屬層的微粒子；及同時被覆上述第二金屬層與上述微粒子的第一金屬層。
又，本發明之電子零件之連接方法係具有下列步驟：於電路基板上，藉由具有含導電性粒子的黏合劑樹脂的導電性接著劑而搭載電子零件，由上述電子零件之上方藉由熱壓著工具而加熱加壓，於上述電路基板及上述電子零件之各電極間有上述導電性粒子被挾持的狀態下，使上述黏合劑樹脂硬化的步驟；且上述導電性粒子係具備：芯粒子；被覆上述芯粒子的第二金屬層；配置於上述第二金屬層的微粒子；及同時被覆上述第二金屬層與上述微粒子的 第一金屬層。
又，本發明之接合體係藉由上述方法所製造者。
依據本發明，因導電性粒子係具有於芯粒子設置第二金屬層的同時，使微粒子吸附，再以第一金屬層被覆的構成，故藉由熱壓著而微粒子之突起突破了於電極所形成的氧化膜，可確保良好的導通性。此時，因於芯粒子設置第二金屬層，且於此第二金屬層之上設置微粒子，故各層具有適度柔軟性，可防止龜裂發生、維持良好的導通性。
據此，依據本發明，可解決上述問題，於連接初期及耐久試驗後亦可確保良好導電性，另一方面可提供絕緣性亦優異，又耐腐蝕性亦優異的導電性粒子、導電性接著劑、接合體之製造方法、電子零件之連接方法、及接合體。
1‧‧‧各向異性導電薄膜
2‧‧‧剝離薄膜
3‧‧‧黏合劑樹脂層
4‧‧‧導電性粒子
6‧‧‧捲取捲盤
10‧‧‧芯粒子
11‧‧‧第一金屬層
12‧‧‧第二金屬層
13‧‧‧微粒子
14‧‧‧突起
[圖1]圖1係呈示本發明所適用的各向異性導電薄膜的剖面圖。
[圖2]圖2係呈示本發明所適用的導電性粒子的剖面圖。
[用以實施發明之形態]
以下，一邊參照圖面一邊詳細地說明關於本發明所適用的導電性粒子、導電性接著劑、接合體之製造方法、電子零件之連接方法及接合體。又，本發明並未僅限於以下之實施形態，於未超出本發明要旨的範圍內，當然各種變更為可能的。又，圖面係示意性的，各尺寸比率等與現實者有時不相同。 具體的尺寸等應參酌以下之說明而判斷。又，於圖面相互間，當然亦包含彼此之尺寸關係或比率為相異的部分。
〔各向異性導電薄膜〕
使電子零件與電路基板之各電極彼此導通連接的情形等，本發明所適用的導電性粒子係適合用於進行2個導體間之電氣、機械連接的導電性接著劑。以下，以各向異性導電薄膜(ACF：Anisotropic Conductive Film)作為含有本發明所適用的導電性粒子的導電性接著劑為例加以說明。
各向異性導電薄膜1係如圖1所示，通常，係成為基材的剝離薄膜2上形成含有導電性粒子4的黏合劑樹脂層(接著劑層)3者。各向異性導電薄膜1係熱硬化型或紫外線等之光硬化型之接著劑，例如貼附於電路基板形成的基板電極上的同時搭載IC晶片，藉由熱壓頭，經熱加壓而流動化，導電性粒子4於相對向的基板電極與IC晶片之凸塊之間被按壓崩潰，藉由加熱或紫外線照射，導電性粒子4於被按壓崩潰的狀態下硬化。據此，各向異性導電薄膜1可將電路基板與IC晶片連接而使導通。
各向異性導電薄膜1係於含有膜形成樹脂、硬化性樹脂、潛在性硬化劑、矽烷偶合劑等的通常之黏合劑樹脂層3中有導電性粒子4分散。
支持黏合劑樹脂層3的剝離薄膜2係對於例如PET(聚對苯二甲酸乙二酯(Poly Ethylene Terephthalate))、OPP(定向聚丙烯(Oriented Polypropylene))、PMP(聚-4-甲基戊烯-1(Poly-4-methylpentene-1))、PTFE(聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene))等塗佈矽酮等之剝離劑，可防止各向異性導電薄膜1之乾燥，同時維持各向異性導電薄膜1之形狀。
就黏合劑樹脂層3所含有的膜形成樹脂而言，平均分子量為10,000~80,000左右的樹脂為較佳。就膜形成樹脂而言，可列舉環氧樹脂、改質環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、苯氧基樹脂等之各種樹脂。其中，由膜形成狀態、 連接信賴性等之觀點，苯氧基樹脂為特佳。
就硬化性樹脂而言，並未特別限定，例如，可列舉市售之環氧樹脂、丙烯酸樹脂等。
就環氧樹脂而言，並未特別限定，例如，可列舉萘型環氧樹脂(naphthalene epoxy resin)、聯苯基型環氧樹脂(biphenyl epoxy resin)、酚系酚醛型環氧樹脂(phenolic novolac epoxy resin)、雙酚型環氧樹脂(bisphenol epoxy resin)、二苯乙烯型環氧樹脂(stilbene epoxy resin)、三酚甲烷型環氧樹脂(triphenol methane epoxy resin)、酚芳烷基型環氧樹脂(phenol aralkyl epoxy resin)、萘酚型環氧樹脂(naphthol epoxy resin)、二環戊二烯型環氧樹脂(dicyclopentadiene epoxy resin)、三苯基甲烷型環氧樹脂(triphenyl methane epoxy resin)等。此等可為單獨，亦可為2種以上之組合。
就丙烯酸樹脂而言，並未特別限制，可因應目的而適當選擇丙烯酸化合物、液狀丙烯酸酯等。例如，可列舉丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸異丁酯、環氧丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、二羥甲基三環癸烷二丙烯酸酯、四亞甲基二醇四丙烯酸酯、2-羥基-1,3-二丙烯醯氧基丙烷、2,2-雙[4-(丙烯醯氧基甲氧基)苯基]丙烷、2,2-雙[4-(丙烯醯氧基乙氧基)苯基]丙烷、丙烯酸二環戊烯酯、丙烯酸三環癸酯、參(丙烯醯氧基乙基)三聚異氰酸酯、胺基甲酸酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯等。又，亦可使用將丙烯酸酯作成甲基丙烯酸酯者。此等可使用單獨一種，亦可併用二種以上。
就潛在性硬化劑而言，並未特別限定，例如，可列舉加熱硬化型、UV硬化型等之各種硬化劑。潛在性硬化劑係通常不反應，因應熱、光、加壓等之用途而藉由選擇的各種觸發劑而活性化，並開始反應。熱活性型潛在性硬化劑之活性化方法存有藉由加熱所致的解離反應等，而生成活性種(陽離子 或陰離子、自由基)的方法；於室溫附近，於環氧樹脂中安定地分散，且於高溫與環氧樹脂相溶‧溶解，而開始硬化反應的方法；於高溫溶出分子篩封入型之硬化劑而開始硬化反應的方法；微膠囊所致的溶出‧硬化方法等。就熱活性型潛在性硬化劑而言，有咪唑系、醯肼(hydrazide)系、三氟化硼-胺錯合物、鋶(sulfonium)鹽、胺化醯亞胺(aminimide)、聚胺鹽、二氰二胺(dicyandiamide)等，或為此等之改質物，此等可為單獨，亦可為2種以上之混合體。其中，尤以微膠囊型咪唑系潛在性硬化劑為適合的。
又，近年來，於使用各向異性導電薄膜的連接工法，由對構件的損傷減少、高溫壓著時之翹曲防止、生產效率提升等之觀點，因冀求低溫壓著，含有環氧樹脂作為熱硬化性樹脂的同時，亦可使用多量之產酸劑作為硬化劑。如後述，於本發明所適用的導電性粒子4，藉由使用具有耐酸性的微粒子13，可提供耐腐蝕性優異、具有導通信賴性的各向異性導電薄膜1。
就矽烷偶合劑而言，並未特別限定，例如，可列舉環氧系、胺系、巰基‧硫化物系、脲基系等。藉由添加矽烷偶合劑，有機材料與無機材料之界面中的接著性被提升。
構成黏合劑樹脂層3的接著劑組成物並未限定於如此，含有膜形成樹脂、硬化性樹脂、潛在性硬化劑、矽烷偶合劑等的情形，亦可由通常之使用作為各向異性導電薄膜之接著劑組成物的任何材料所構成的方式。
〔導電性粒子〕
其次，說明本發明所適用的導電性粒子4。如圖2所示，導電性粒子4係具備芯粒子10；被覆芯粒子10的第二金屬層12；配置於第二金屬層12的微粒子13；及同時被覆第二金屬層12與微粒子的第一金屬層11。
〔芯粒子〕
芯粒子10係可使用被使用作為金屬粉、樹脂粒子等之導電性粒子之芯粒子 的周知物。尤其，可追隨電極端子間距離變動的樹脂芯粒子係被適合使用的。就樹脂芯粒子而言，例如，可列舉環氧樹脂、酚樹脂、丙烯酸樹脂、丙烯腈‧苯乙烯(AS)樹脂、苯胍胺(benzoguanamine)樹脂、二乙烯苯系樹脂、苯乙烯系樹脂等之粒子。
〔第二金屬層〕
被覆芯粒子10的第二金屬層12係為了在導電性粒子4被加壓變形的情形亦防止龜裂發生、維持導電性粒子4之導電性，由具延展性之具有韌性的金屬所形成者為較佳。又，第二金屬層12係即使於構成外層的第一金屬層11有龜裂等發生而暴露於黏合劑樹脂、溶劑等的情形，具有耐酸性而可防止腐蝕所致的導電性粒子4之導電性能的降低的金屬為較佳使用的。據此，就構成第二金屬層12的金屬而言，例如，銅或以銅作為主成分的合金為適合使用的。
第二金屬層12係可為例如於芯粒子10之表面，藉由無電解電鍍、電解電鍍、濺鍍等之周知成膜方法所形成。又，第二金屬層12之膜厚係2nm~120nm為較佳。第二金屬層12係較2nm更為過薄時，由於導電性粒子4被加壓之際、芯粒子10之伸縮等，而恐有龜裂產生、導通信賴性降低之虞。又，第二金屬層12成為較120nm更厚時，於具有指定粒徑的導電性粒子4之膜構成，相對性地，因韌性高的第二金屬層12之膜厚比變高，導電性粒子4全體之硬度降低，未獲得突破氧化膜而侵入電極表面程度的硬度，恐有初期導通性及導通信賴性降低之虞。
〔微粒子〕
微粒子13係被設置於第二金屬層12上的同時，經第一金屬層11被覆，於導電性粒子4之表面形成突起14。導電性粒子4係突起14侵入於電路基板或電子零件之電極，藉由突破氧化膜而可確保導通性。因此，微粒子13係希冀具有與電極材料同等以上之硬度，具有壓著時突破氧化膜而侵入電極表面的硬度。 又，本文中硬度係指JIS Z 2244規定的維氏硬度(Vickers hardness)。
又，微粒子13係即使於第一金屬層11有龜裂等產生而暴露於黏合劑樹脂或溶劑等的情形，具有耐酸性而可防止腐蝕所致的導電性粒子4之導電性能的降低之金屬係較佳使用的。
即，近年來，於使用各向異性導電薄膜的連接工法，由對構件的損傷減輕、高溫壓著時之翹曲防止、生產效率提升等之觀點，低溫壓著係被冀求的。就實現低溫化的方法而言，於硬化系統通常使用自由基聚合系統或陽離子聚合系統的手法。
然而，自由基聚合系統中，一般而言對玻璃的接著性低，使用於COG(Chip on Glass)或FOG(film on Glass)用途者係困難的。又，陽離子聚合系統中，通常，使用產酸劑作為硬化劑，但於陽離子聚合系統更進一步低溫化的情形，變得要大量摻合此產酸劑。於是，各向異性導電薄膜所致的壓著後，由於經時變化而有導電性粒子之腐蝕發生，導通性會受損。雖然於導電性粒子之最外層施予鍍金可某種程度減少此導電性粒子之腐蝕，但有成本大幅上升的問題。
因此，作為微粒子13，較佳使用具有耐酸性而可防止腐蝕所致的導電性粒子4之導電性能的降低的金屬。
就如此微粒子13而言，可使用鎳等之金屬微粒子、金屬氧化物、鑽石粒子等。就金屬氧化物而言，例如，有鋁、矽、鈦、鋯、鈮、鋅、錫、鈰、鎂之氧化物。其中尤以具有高硬度同時具有耐酸性，且可便宜取得的氧化鋁、氧化鈦、氧化矽為適合使用。
又，微粒子13係適合使用形狀比較整齊的球狀粒子。以鱗片狀等之微粒子時，於導電性粒子4之表面所形成的突起14的高度或形狀產生偏差，而對電極的加壓力變得不均一，因此導通性能變得不安定。
又，微粒子13之粒子徑係50nm~500nm為較佳。微粒子13之粒子徑較50nm小時，以第一金屬層11被覆時，突起14的高度未出現，使用各向異性導電薄膜之際，因無法侵入電極而突破氧化膜，故初期導通性及導通信賴性恐有降低之虞。又，微粒子13之粒子徑較500nm大時，突起14之高度變得過高，而導電性粒子4之粒子徑變大，使用各向異性導電接著薄膜1之際，因鄰接粒子彼此容易接觸，恐有引起細節距化的電極間的短路之虞。
又，微粒子13係藉由化學吸附而設置於第二金屬層12上的同時，藉由第一金屬層11而與第二金屬層12同時經被覆而被固定。
〔第一金屬層〕
第一金屬層11係藉由被覆第二金屬層12及微粒子13而有突起14形成。又，第一金屬層11係硬度高，於電路基板與電子零件之間被加壓時，突起14侵入電極，突破氧化膜而被導通。據此，第一金屬層11係具有導通性，且藉由硬度高的金屬而形成，適合使用例如鎳、鈀、或此等之合金。
例如於有微粒子13吸著的第二金屬層12之表面，藉由無電解電鍍、電解電鍍、濺鍍等之公知的成膜方法可形成第一金屬層11。又，第一金屬層11之膜厚係5nm~500nm為較佳。第一金屬層11較5nm為薄時，因導電性粒子4全體之硬度降低，導電性粒子4被加壓之際，藉由芯粒子10之伸縮而產生龜裂，恐有初期導通性、導通信賴性降低之虞。又，第一金屬層11變得較500nm為厚時，導電性粒子4之粒子徑變大，使用各向異性導電薄膜1之際，容易產生導電性粒子4彼此的接觸、凝集，恐有引起細節距化的電極間之短路。
又，第一金屬層11係藉由較第二金屬層12更高硬度的金屬所形成者為較佳。藉由於第一金屬層11使用高硬度的金屬，於壓著時對電極賦予高接壓，確實地突破氧化膜而侵入電極，可確保導通性。又，藉由第二金屬層12係較第一金屬層11更低硬度且具備低韌性，於第一金屬層11或微粒子13吸 收施加的壓力，可防止由於龜裂發生的導通性降低。即，因導電性粒子4係將第二金屬層12設置於芯粒子10，於此第二金屬層12之上設置微粒子13及第一金屬層，故各層具有適度柔軟性，可防止龜裂之發生、維持良好的導通性，而可構築難以割裂的構造。
各向異性導電薄膜1係可以任一方法製作，但例如可藉由以下之方法製作。調製含有膜形成樹脂、硬化性樹脂、潛在性硬化劑、矽烷偶合劑、導電性粒子4等的接著劑組成物。將經調整的接著劑組成物使用桿塗佈機(bar coater)、塗佈裝置等塗佈於剝離薄膜2上，藉由烘箱等使其乾燥，獲得於剝離薄膜2上有黏合劑樹脂層3支持的各向異性導電薄膜1。
〔2層ACF〕
又，本發明之各向異性導電薄膜1係可作成使含有導電性粒子4的黏合劑樹脂層3、及不含有導電性粒子的絕緣性之接著劑組成物所構成的絕緣性接著劑層積層而成的2層構造之各向異性導電薄膜。
構成絕緣性接著材層的絕緣性之接著劑組成物係由含有膜形成樹脂、硬化性樹脂、潛在性硬化劑、矽烷偶合劑等的通常黏合劑成分而構成，可以與上述黏合劑樹脂層3之接著劑組成物相同的材料加以構成。
此2層構造之各向異性導電薄膜1係可藉由將構成絕緣性接著劑層的接著劑組成物塗佈於剝離薄膜、並使乾燥後，與上述剝離薄膜2所支持的黏合劑樹脂層3加以貼合而形成。
又，各向異性導電薄膜1之形狀並未特別限定，例如，如圖1所示，藉由作成可捲回至捲取捲盤(take-up reel)6的長條帶狀，可僅切斷指定長度而使用。
又，於上述之實施形態，作為各向異性導電薄膜1，以將含有導電性粒子4的熱硬化性樹脂組成物成形為薄膜狀的接著薄膜作為一例加以說明， 但本發明之接著劑並未限定於此，例如亦可為由含有導電性粒子4的黏合劑樹脂3所構成的導電性接著糊。
〔接合體之製造工程〕
其次，關於使用各向異性導電薄膜1的連接步驟，以透明基板連接IC晶片的連接步驟為一例加以說明。於連接步驟，首先，於透明基板之電極端子形成的COG封裝部上暫時貼上各向異性導電薄膜1，其次，於透明基板之COG封裝部上界隔各向異性導電薄膜1而搭載IC晶片。
其次，藉由加熱至使黏合劑樹脂層3硬化的指定溫度的熱壓頭，於指定壓力、時間下，自IC晶片上作熱加壓。據此，各向異性導電薄膜1之黏合劑樹脂層3呈現流動性，自IC晶片與透明基板之COG封裝部之間流出的同時，黏合劑樹脂層3中之導電性粒子4被包夾於IC晶片之凸塊與透明基板之電極端子之間而押入崩潰，於此狀態下藉由熱壓頭而經加熱的黏合劑樹脂硬化。
此時，導電性粒子4係因具有藉由韌性優異的第二金屬層12而芯粒子10被被覆的同時，藉由硬度高的第一金屬層11而微粒子13被被覆而形成的突起14，即時於透明基板之電極端子或IC晶片之凸塊有氧化膜形成的情形，藉由突起14，突破該氧化膜而侵入電極端子。其結果，電極端子與凸塊係藉由包夾導電性粒子4而具有良好導通性，且於此狀態下藉由熱壓頭而經加熱的黏合劑樹脂硬化。
又，各向異性導電薄膜1係藉由使用具有耐酸性的微粒子13，含多量的產酸劑且具備低溫硬化性之黏合劑樹脂的情形，亦可防止微粒子13之腐蝕所致的導通不良，即使經由接合體形成後的溫度、濕度環境之變化等亦可維持良好的導通性。
再者，各向異性導電薄膜1係藉由於導電性粒子4之第二金屬層12具備韌性，壓著時或接合體之形成後伴隨溫度或濕度環境的變化，於經由 黏合劑樹脂或黏合劑樹脂而被連接的電路基板及IC晶片有產生膨張或收縮的情形，吸收施加於第一金屬層11或微粒子13的壓力，可防止龜裂發生所致的導通性的降低。
電極端子與凸塊之間沒有導電性粒子4時，於鄰接的凸塊間之空間，黏合劑樹脂被分散，維持電氣絕緣的狀態。據此，僅於IC晶片之凸塊與透明基板之電極端子之間，形成圖謀電氣的導通的接合體。又，藉由使用自由基聚合反應系之速硬化型者作為黏合劑樹脂，即使經由短加熱時間，亦可使黏合劑樹脂快速硬化。又，就各向異性導電薄膜1而言，不限於熱硬化型，只要可進行加壓連接即可，可使用光硬化型或光熱併用型之接著劑。
[實施例]
其次。說明本發明之實施例。於本實施例，變換導電性粒子之構成、以及黏合劑樹脂之配合及各向異性導電薄膜之壓著條件，作成對評價用玻璃基板連接評價用IC的接合體樣品，測定、評價各自之連接初期及信賴性試驗後的導通電阻值、鄰接的電極間之絕緣性、以及腐蝕性。
〔各向異性導電薄膜〕
評價用IC之連接用的各向異性導電薄膜係準備配合1與配合2之2種類。配合1之各向異性導電薄膜係於溶劑中添加苯氧基樹脂(商品名：YP50，新日鐵化學公司製)60質量份、環氧樹脂(商品名：EP828，Japan Epoxy Resin公司製)40質量份、矽烷偶合劑(商品名：KBM-403，信越化學工業公司製)1質量份、熱陽離子系硬化劑(商品名：SI-60L，三新化學工業公司製)10質量份、導電性粒子(3μmφ)30質量份而調製黏合劑樹脂組成物，將此黏合劑樹脂組成物塗佈於剝離薄膜(PET)上後，藉由使溶劑揮發而形成。
配合2之各向異性導電薄膜係於溶劑中添加苯氧基樹脂(商品名：YP50，新日鐵化學公司製)60質量份、環氧樹脂(商品名：EP828，Japan Epoxy Resin公司製)40質量份、矽烷偶合劑(商品名：KBM-403，信越化學工業公司製)1質量份、熱陽離子系硬化劑(商品名：SI-60L，三新化學工業公司製)3質量份、導電性粒子(3μmφ)30質量份而調製黏合劑樹脂組成物，將此黏合劑樹脂組成物塗佈於剝離薄膜(PET)上後，藉由使溶劑揮發而形成。
配合1及配合2之各向異性導電薄膜中所含有的導電性粒子係藉由下列方式作成：於平均粒徑3μm的聚苯乙烯粒子(芯粒子)之表面上，將下述實施例之第二金屬層藉由無電解電鍍法而形成，使下述實施例之微粒子作化學吸著後，下述實施例之第一金屬層藉由無電解電鍍法而形成。
〔導通性之評價〕
作為用以測定導通電阻的評價元件，準備具備寬度1.8mm×長度20mm、厚度0.5mm之IC基板，沿著一邊的側緣，複數個鍍金凸塊以1直列配列而形成的評價用IC。各凸塊係30μm×85μm、15μm厚。
作為用以測定導通電阻之評價用IC所連接的評價用玻璃基板，使用厚度0.7mm，與用以測定導通電阻的評價用IC之凸塊相同大小相同節距的電極圖案所形成的ITO圖案玻璃。
將向異性導電薄膜暫時貼合於此評價用玻璃基板後，一邊取IC凸塊與基板電極之對準，一邊搭載評價用IC，藉由熱壓頭而經由熱壓著作成接合體樣品。壓著條件係因應各向異性導電薄膜之配合，分別使用壓著條件1(170℃、60MPa、5秒/Teflon(註冊商標)50μm)、及壓著條件2(200℃、60MPa、5秒/Teflon(註冊商標)50μm)之2條件。
於作成的各接合體樣品，測定流經電流1mA時之連接初期及信賴性試驗後的導通電阻。信賴性試驗之條件係85℃、85%RH、500hr。
導通性之評價係初期及信賴性試驗後之任一者皆將低於2Ω設為◎(最良)、2Ω以上且低於3Ω設為○(良好)、3Ω以上且低於5Ω設為△(普 通)、5Ω以上設為×(不良)。
〔絕緣性之評價〕
又，準備寬度1.5mm×長度130mm、厚度0.5mm之IC基板作為評價絕緣性用之評價元件，沿著一側之側緣，複數個鍍金凸塊以1直列配列而形成的評價用IC。各凸塊係15μm厚，凸塊間間隔為10μm。
使用厚度0.5mm、與用以評價絕緣性的評價用IC之凸塊相同大小且相同節距之櫛齒狀的電極圖案所形成的ITO圖案玻璃，作為用以評價絕緣性之評價用IC所連接的評價用玻璃基板。
於此評價用玻璃基板暫時貼上各向異性導電薄膜後，一邊取IC凸塊與基板電極之對準，一邊搭載評價用IC，藉由熱壓頭而經由熱壓著作成接合體樣品。壓著條件係因應各向異性導電薄膜之配合，分別使用壓著條件1(170℃、60MPa、5秒/Teflon(註冊商標)50μm)、及壓著條件2(200℃、60MPa、5秒/Teflon(註冊商標)50μm)之2條件。
於作成的各接合體樣品，以2端子法測定鄰接的凸塊間之短路的有無。於評價用IC，10組之凸塊所構成的電極圖案有8處所形成，計數10組中1組以上之短路發生的電極圖案的數目。測定之結果，將108Ω以下作為短路發生，短路發生的電極圖案之數目為0的情形作為○(最良)，短路發生的電極圖案為2處所以下的情形作為△(普通)，短路發生的電極圖案為3處所以上的情形作為×(不良)。
〔腐蝕性之評價〕
又，準備寬度1.8mm×長度20mm、厚度0.5mm之IC基板作為用以評價腐蝕性之評價元件，沿著一側之側緣，複數個鍍金凸塊以1直列配列而形成的評價用IC。各凸塊係30μm×85μm、15μm厚。
使用厚度0.7mm、與用以評價腐蝕性的評價用IC之凸塊相同大 小且相同節距之Al電極圖案形成的玻璃基板，作為用以評價腐蝕性之評價用IC所連接的評價用玻璃基板。
於此評價用玻璃基板暫時貼上各向異性導電薄膜後，一邊取IC凸塊與基板電極之對準，一邊搭載評價用IC，藉由熱壓頭而經由熱壓著作成接合體樣品。壓著條件係因應各向異性導電薄膜之配合，分別使用壓著條件1(170℃、60MPa、5秒/Teflon(註冊商標)50μm)、及壓著條件2(200℃、60MPa、5秒/Teflon(註冊商標)50μm)之2條件。
於作成的各接合體樣品，流經電流1mA時，測定信賴性試驗後的導通電阻。信賴性試驗之條件係121℃1atm72小時之壓力鍋(pressure cooker)試驗。評價係將有電流流過(無導通不良)的情形作為○、無電流流過(導通不良發生)的情形作為×。
〔實施例1〕
實施例1中，於芯粒子上以15nm厚形成Cu層作為第二金屬層，使吸附氧化鋁粒子。其次，藉由以100nm厚形成Ni層作為第一金屬層，獲得有高度150nm之突起形成的導電性粒子。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例1之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為◎、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例2〕
實施例2之導電性粒子係除了以100nm厚形成Pd層作為第一金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例2之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為◎、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例3〕
實施例3之導電性粒子係除了以2nm厚形成Cu層作為第二金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例3之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為○、信賴性試驗後成為△。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例4〕
實施例4之導電性粒子係除了以5nm厚形成Cu層作為第二金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例4之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為○、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例5〕
實施例5之導電性粒子係除了以100nm厚形成Cu層作成第二金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例5之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為◎、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例6〕
實施例6之導電性粒子係除了以120nm厚形成Cu層作為第二金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例6之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為○、信賴性試驗後亦成為△。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例7〕
實施例7之導電性粒子係除了以5nm厚形成Ni層作為第一金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例7之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為△、信賴性試驗後亦成為△。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例8〕
實施例8之導電性粒子係除了以50nm厚形成Ni層作為第一金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例8之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為○、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例9〕
實施例9之導電性粒子係除了以150nm厚形成Ni層作為第一金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例9之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為◎、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例10〕
實施例10之導電性粒子係除了以500nm厚形成Ni層作為第一金屬層之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例10之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為○、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價為△、腐蝕性之評價為○。
〔實施例11〕
實施例11之導電性粒子係除了使用二氧化矽粒子作為微粒子之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例11之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為◎、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例12〕
實施例12之導電性粒子係除了使用氧化鈦粒子作為微粒子之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例12之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為◎、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例13〕
實施例13之導電性粒子係除了使用氧化鋁粒子作為微粒子、有高度50nm之突起形成之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例13之接合體樣品，於導通性之評價，初期導通性成為△、信賴性試驗後亦成為△。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例14〕
實施例14之導電性粒子係除了使用氧化鋁粒子作為微粒子，有高度100nm之突起形成之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例14之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為○、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例15〕
實施例15之導電性粒子係除了使用氧化鋁粒子作為微粒子、有高度200nm之突起形成之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例15之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為◎、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔實施例16〕
實施例16之導電性粒子係除了使用氧化鋁粒子作為微粒子、有高度500nm之突起形成之外，與實施例1相同。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
實施例16之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為◎、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價為△、腐蝕性之評價為○。
〔實施例17〕
實施例17中，於芯粒子上形成16nm厚之Cu層作為第二金屬層，使鎳粒子吸附。其次，藉由以100nm厚形成Ni層作為第一金屬層，獲得有高度150nm之突起形成的導電性粒子。使用此導電性粒子而作成配合2之各向異性導電薄膜，以壓著條件2製造接合體樣品。
實施例17之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為○、信賴性試驗後亦成為○。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔比較例1〕
於比較例1，使氧化鋁粒子吸附於芯粒子後，藉由以115nm厚形成Ni層作為第一金屬層，獲得有高度150nm之突起形成的導電性粒子。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
比較例1之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性成為○， 但信賴性試驗後成為×。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價亦任一者皆為○。
〔比較例2〕
於比較例2，於芯粒子上以100nm厚形成Pd層作為第二金屬層，其次使吸附氧化鋁粒子。據此，獲得有高度150nm之突起形成的導電性粒子。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
比較例2之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性為△，於信賴性試驗後成為×。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價係任一者皆為○。
〔比較例3〕
於比較例3，於芯粒子上以100nm厚形成Cu層作為第二金屬層，其次使吸附氧化鋁粒子。據此，獲得有高度150nm之突起形成的導電性粒子。使用此導電性粒子而作成配合1之各向異性導電薄膜，以壓著條件1製造接合體樣品。
比較例3之接合體樣品係於導通性之評價，初期導通性為△，於信賴性試驗後成為×。又，絕緣性之評價及腐蝕性之評價係任一者皆為○。
[表1]
如表1所示，於實施例1~17，連接初期及信賴性試驗後之導通性、絕緣性及腐蝕性之評價係任一者皆為良好。此係因各實施例之導電性粒子，具有於芯粒子上設置第二金屬層的同時使微粒子吸附，再以第一金屬層被覆的構成，故藉由熱壓著，突起突破於評價用玻璃基板之電極所形成的氧化膜，可確保具有良好的導通性。
另一方面，於比較例1，由於未於芯粒子上設置第二金屬層，且形成硬度高的鎳層，伴隨黏合劑樹脂之壓縮、膨張，無法追隨芯粒子之變動而有龜裂發生，於信賴性試驗後的導通性會惡化。
又，比較例2~3之未設置第一金屬層的導電性粒子，連接初期及信賴性試驗後之導通性亦未呈示良好的結果。
於實施例3，因第二金屬層的Cu層之厚度為2nm的薄且韌性不 足，未能完全吸收微粒子的加壓，而於信賴性試驗後，導通電阻有若干上升。又，於實施例6，因為第二金屬層的Cu層之厚度變成120nm的厚而韌性變得過大，故導電性粒子4全體之硬度降低，於信賴性試驗後，導通電阻有若干上升。另一方面，於實施例4(Cu層厚度為5nm)或實施例5(Cu層厚度為100nm)，連接初期及信賴性試驗後中的導通性為良好。據此可知，第二金屬層之厚度作成2nm~120nm者為較佳，5nm~100nm為更佳。
於實施例7，為第一金屬層的Ni層之厚度為5nm的薄且導電性粒子全體之硬度降低，導電性粒子被加壓之際或由於芯粒子之伸縮等而有龜裂產生，於連接初期及信賴性試驗後，導通電阻有若干上升。又，於實施例10，為第一金屬層的Ni層之厚度為500nm的厚，因此導電性粒子之粒子徑變大，使用各向異性導電薄膜之際，容易發生導電性粒子彼此之接觸、凝集，細節距化的電極間之短路於複數處所發生。另一方面，於實施例8(Ni層厚度為50nm)或實施例9(Ni層厚度為150nm)，初期及信賴性試驗後之導通性、絕緣性同時為良好。據此可知，第一金屬層之厚度作成5nm~500nm為較佳，50nm~150nm為更佳。
於實施例13，因使用突起高度為50nm之導電性粒子，對電極之侵入深度不足，於連接初期及信賴性試驗後，導通電阻有若干上升。又，於實施例16，因使用突起高度為500nm之導電性粒子，故導電性粒子之粒子徑變大，使用各向異性導電接著薄膜之際，鄰接粒子變得彼此容易接觸，於細節距化的電極間之短路於複數處發生。另一方面，於實施例14(突起高度為100nm)或實施例15(突起高度為200nm)，初期及信賴性試驗後之導通性、絕緣性皆為良好。據此可知，突起高度作成50nm~500nm者為較佳，100nm~200nm為更佳。
於實施例17，使用鎳粒子作為微粒子。因此，使用產酸劑比較少量的配合2之各向異性導電薄膜，採用於比較高溫下進行熱壓著的壓著條件2。 據此，於實施例17，微粒子無氧化，初期及信賴性試驗後之導通性皆為良好。另一方面，將實施例17之鎳粒子，用於產酸劑比較多量含有的配合1之各向異性導電薄膜，於使低溫硬化的壓著條件1使熱壓著的情形，鎳粒子之氧化進行，信賴性試驗後之導通性惡化。
4‧‧‧導電性粒子
10‧‧‧芯粒子
11‧‧‧第一金屬層
12‧‧‧第二金屬層
13‧‧‧微粒子
14‧‧‧突起

Claims (14)

  1. 一種導電性粒子，其具備：芯粒子、被覆前述芯粒子的第二金屬層、配置於前述第二金屬層的微粒子、同時被覆前述第二金屬層與前述微粒子的第一金屬層。
  2. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述微粒子係較被壓著的電極有更高的維氏硬度(Vickers hardness)。
  3. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述微粒子係具有耐酸性。
  4. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述第二金屬層係藉由有延展性的金屬所形成。
  5. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述第二金屬層之厚度為2nm~120nm。
  6. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述第一金屬層之厚度為5nm~500nm。
  7. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述微粒子之粒徑為50nm~500nm。
  8. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述第一金屬層係鎳、鈀、或鎳，或以鈀作為主成分的合金。
  9. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述第二金屬層係銅或以銅作為主成分的合金。
  10. 如請求項1記載之導電性粒子，其中前述微粒子為氧化鋁、氧化矽、或氧化鈦。
  11. 一種導電性接著劑，其係於黏合劑樹脂含有導電性粒子的導電性接著劑，其中前述導電性粒子係具備： 芯粒子、被覆前述芯粒子的第二金屬層、配置於前述第二金屬層的微粒子、及同時被覆前述第二金屬層與前述微粒子的第一金屬層。
  12. 一種連接電路基板與電子零件的接合體之製造方法，其具有於電路基板上，藉由具有含導電性粒子的黏合劑樹脂的導電性接著劑，而搭載電子零件，由前述電子零件之上，藉由熱壓頭加熱加壓，於前述電路基板及前述電子零件之各電極間，以包夾前述導電性粒子的狀態下，使前述黏合劑樹脂硬化的步驟，其中前述導電性粒子係具備：芯粒子、被覆前述芯粒子的第二金屬層、配置於前述第二金屬層的微粒子、及同時被覆前述第二金屬層與前述微粒子之第一金屬層。
  13. 一種接合體，其係藉由如請求項12記載之方法所製造。
  14. 一種連接電子零件與電路基板之連接方法，其具有於電路基板上，藉由具有含導電性粒子的黏合劑樹脂的導電性接著劑而搭載電子零件，由前述電子零件之上，藉由熱壓頭而加熱加壓，於前述電路基板及前述電子零件之各電極間有包夾前述導電性粒子的狀態下，使前述黏合劑樹脂硬化的步驟，其中前述導電性粒子係具備：芯粒子、被覆前述芯粒子的第二金屬層、 配置於前述第二金屬層的微粒子、及同時被覆前述第二金屬層與前述微粒子的第一金屬層。
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